从好氧颗粒污泥的技术发展进程来看,以Nereda为代表的好氧颗粒污泥技术实际上是一种利用内在基质选择颗粒污泥的过程,内在基质选择的一个关键因素是需要有足够高的基质浓度来形成颗粒,并促使形成较高含量的胞外聚合物(EPS)及胞内储存物,这种方式要求将沉淀较慢的絮体污泥排除系统,保留下沉淀较快的颗粒污泥,为了避免出水SS较高,可能需要有一个后置的过滤系统。
Nereda这种SBR的技术形式在很大程度上限制了对现有污水处理厂的改造,因为绝大部分污水处理厂并不是SBR工艺。因此,在推流式工艺上采用外置选择器的方式在近年来得到了快速的发展,外置选择器可以是筛网或旋流器,筛网是利用颗粒的粒径来截留较大的颗粒污泥,旋流器是利用颗粒污泥密度较大的特点而在底流中获得较高比例的颗粒污泥.
生化法是利用微生物发挥其新陈代谢的作用，分解和转化废水中的污染物，该方法具有经济成本低，设备运行简单等优点，但是由于该方法受外界条件影响较大且不易控制，而且煤化工废水中含有许多难生物降解的污染物质，所以生化出水效果不是太理想生化法主要有三种方法：好氧生化法、厌氧生化法、厌氧好氧联用法等。
(1)好氧生化法：好氧生化法是利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧气存在的条件下进行生物代谢而降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。废水中的有机污染物作为微生物好氧代谢的底物，经过生化反应而释放能量，终降解为具有稳定性的低能位的无机物。
具有代表性的好氧生化法是传统活性污泥法，该方法是让生物絮凝体充分接触废水中的有机污染物，将其吸附或降解。该方法可以去除一部分COD，但是出水的COD、NH4+等仍然难以达到排放标准，尤其是对NH4+降解效果极差。张文艺等采用SBR序批式活性污泥法处理焦化废水，结果表明：进水期为1h，进水完毕后再搅拌运行1h，接着曝气16-18h,污泥负荷为0.3?0.8kgCOD/kgMLSSd,COD、NH3-N去除率分别达85%、70%以上,但是对废水中难降解污染物去除效果不是很理想。
生物除磷的厌氧-好氧过程是实现上述过程的良好方式,在厌氧阶段PAO或GAO将乙酸转换为PHB或糖原。因此,rbCOD有利于微生物的快速生长,进而转换为慢速可生物降解的胞内物质。这样在生物除磷工艺中就会相对更容易形成颗粒污泥。在饥饿阶段,基质通过颗粒内层的反硝化被降解到,或是在颗粒外层的好氧区域实现降解。
有机负荷(OLR)及基质的组成对颗粒污泥的形成很重要,采用较高的负荷选择可以使基质进入颗粒污泥的内层,这样就容易形成强健的内核。基质组成的影响主要是体现在快速可生物降解COD(rbCOD)与慢速可生物降解COD(sbCOD),在饱食期rbCOD和VFA的获得对于胞内存储物质的形成很关键,而sbCOD则会导致丝状菌在好氧阶段在竞争中获得优势。
人们在对生物膜的研究过程中,发现强的剪切力可以促使形成薄而密实的生物膜,同时伴随着剪切力相关的一个重要现象是胞外聚合物(EPS)的产生,EPS在促使细胞的“凝聚”、“粘合”方面发挥重要的功能,对于维持生物膜的整体结构方面扮演着重要的角色,在很多的研究中都可以观察到强剪切力会促使生物膜分泌更多的EPS从而维持生物膜的整体结构平衡。
废水处理方法：废水处理的目的是将废水中所含的污染物分离出来,或将其转化为无害和稳定的物质或可分离的物质,从而使废水得到净化。废水处理技术,按其作用原理,可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法四类。
1972年,JamesBarnard在接触稳定的试验装置中也注意到了颗粒污泥的现象,当时他用初沉池的出水进入到反应器中,接触时间15min,排泥只从表面排泥,接触区的污泥浓度22000mg/L,Barnard观察到了明显的污泥颗粒,“像粗砂一样”,当时的污泥负荷非常高。
活性污泥工艺从诞生至今一直不断经历着“选择”的过程,早期的污泥回流使微生物选择留在系统中,起到了为关键的作用;此后,人们通过基本的长泥龄方式而使硝化菌在系统中选择地存在;而生物除磷工艺的出现,则是通过厌氧-好氧的交替环境选择性地使聚磷菌(PAOs)在系统中存在,可以看出对微生物的选择过程一直伴随着污水处理 工艺的发展,如图2所示。当然,在这一系列的基本选择过程中,还有其他因素的影响,比如硝化过程中对DO的需求、生物除磷过程对VFA的需求等。
好氧颗粒污泥技术的出现与发展实际上仍然是对微生物选择过程的更进一步认识,在这一认识过程伴随着对生物膜、污泥膨胀的更加深入理解。好氧颗粒污泥既可以在只去除COD的好氧环境中出现,也可以在厌氧-好氧的交替环境中去除COD及氮、磷,在这种形式的颗粒污泥中,硝化菌及普通异养菌在颗粒污泥的外层,靠近内核部分的是反硝化菌、聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)。因此,好氧颗粒污泥去除营养物的机理实际上与活性污泥工艺相同,只不过并不是在不同的池子来实现,而是在颗粒污泥的不同区域来实现。
饱食-饥饿选择,通常以外部基质用于生长的阶段称为饱食期,而以内部基质(PHB)生长的阶段称为饥饿期。与利用乙酸或葡萄糖等易生物降解有机物相比,异养微生物利用PHB或糖原等慢速可生物降解物质的生长速率较慢,利用这一现象可以获得稳定的颗粒污泥。
新型水处理材料吸附法，是一种工艺简单的水处理技术，活性炭是一种非选择性的常用的水处理吸附材料.但是由于活性炭再生性能差，水处理费用高，因而难以广泛使用.在许多化工废水处理场合，对微生物有毒性，而导致废水难降解性的只是废水中的一两种成分，采用具有对这一两种成分有选择性的吸附剂，选择性的去除某些污染物后，废水的可生化性可以提高，就可以用后续的生物处理法.为了使水处理费用经济，要求材料具有经济、使用寿命长、可再生性优良等特点.一类经过化学修饰的吸附材料，能选择性的除去废水中含N和cl等有机物，对于含硝基苯、硝基酚、苯酚、氯代烃等难降鳃废水具有很好的水处理效果，材料吸附和解析速度快、再生性能优良.将该材料成功用于含苯酚废水处理，用该材料一次处理后的废水，其硝基苯类化合物、苯酚等可以达到国家一级排放标准，并可以回收硝基酚和苯酚等有价值的化工产品.新型吸附材料具有使用寿命长、操作方便、工艺简单的优点，达到工业应用的阶段。
生物膜类似,水力剪切力对于好氧颗粒污泥的形成也有重要的影响,强的剪切力会促使颗粒污泥的形成,而弱剪切力则不会形成颗粒污泥,只能形成蓬松的絮体结构。
同样,EPS在对颗粒污泥的形成方面也扮演着类似的角色,强剪切力会促使颗粒污泥像生物膜那样分泌出更多的EPS来产生平衡的生物结构,这也就意味着EPS对于形成稳定的颗粒污泥非常重要。
此外,通过选择性的排泥,将不易沉淀的污泥排出系统,沉降速度较快的颗粒留存于系统之内,提高颗粒污泥在其中的比例,这也是促成颗粒污泥形成的原因之一;其他形成颗粒污泥的因素还包括SRT、有机负荷、二价阳离子及三价阳离子等。
目前,作为好氧颗粒污泥技术的典型代表,Nereda工艺在过去10年里得到快速的发展,截至2016年全球正在设计、建设及运行的Nereda污水处理厂有32座,这些污水处理厂分布于欧洲、美洲、澳洲、非洲等地。与相同负荷的活性污泥工艺相比,Nereda好氧颗粒污泥技术可减少占地面积25%~75%,能耗降低20%~50%。
厌氧生化法:厌氧生化法是在无空气存在的条件下，利用兼性厌氧菌或者专性厌氧菌将废水中的大分子有机物降解成小分子化合物，进而转化为有机酸(不完全的厌氧生物处理)或者甲烷(完全的厌氧生物处理)的污水处理方法。该方法具有产生剩余污泥少、容积负荷高和投资成本小等优点，但由于煤化工废水含有较高浓度的酚类，常规的单独厌氧或缺氧生物处理对其去除效果较差，用复合式厌氧反应装置则处理效果不错。Ramakrishnan等用UASB-AF复合式厌氧反应装置处理煤制气废水，反应装置运行到第45天，能够观察到了颗粒污泥，之后运行稳定，当进入废水的容积负荷为2.24gCOD/L+d、水力停留时间为24h时，COD去除率和酚去除率分别达到88%和93%。
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